貢曉芳

摘 要：幾千平米高大恒溫車間工藝空調(diào)，尤其是溫度的均勻性，一直是暖通行業(yè)研究解決的課題。由于在工作中遇到了這樣的項目，通過翻閱大量國內(nèi)外資料，為了獲得穩(wěn)定均勻的溫度場，確定利用一種適用于高大空間的空調(diào)射流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，在國外已經(jīng)被廣泛采用。該文結(jié)合工程實例，介紹了這種特殊的系統(tǒng)。期望對今后類似的高大空間恒溫空調(diào)設(shè)計有所幫助。

關(guān)鍵詞：恒溫車間 均勻溫度場 空調(diào)射流系統(tǒng)

中圖分類號：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0089-03

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步，對產(chǎn)品的精度要求也越來越高。例如工作機器溫度如有1 ℃的變化，線性長度每米大約會有0.01 mm的伸縮，而這0.01 mm的伸縮就可能引起不良品率的上升。因此，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，現(xiàn)在一些精密加工車間對環(huán)境的溫濕度提出了非常高的要求，恒溫恒濕已不再局限于測量室、檢測室等小面積空間。而高大空間廠房的恒溫恒濕空調(diào)如何獲得穩(wěn)定均勻的溫度場，一直是生產(chǎn)工藝空調(diào)的難點。按照傳統(tǒng)空調(diào)方案，高換氣次數(shù)帶來的高成本和實施難度都是難以解決的問題。文章結(jié)合工程實例，介紹一種適合高大空間的特殊的空調(diào)系統(tǒng)——空調(diào)射流系統(tǒng)，即采用高速射流方式，誘導(dǎo)周圍空氣，帶動空氣流通，形成穩(wěn)定均勻的溫度場。

1 工程概況及設(shè)計要求

此工程為某精密機械有限公司的新建廠房工程，位于江蘇常州開發(fā)區(qū)，主要生產(chǎn)工業(yè)機器人精密減速機，是日資企業(yè)。該工程占地面積12 000 m2，建筑面積14 000 m2。主廠房分為3個車間：分別為60 m×50 m，面積為3 000 m2的精加工車間；60 m×40 m，面積為2 400 m2的裝配車間；以及60 m×13.5 m，面積為810 m2的零件分配車間。吊頂高度均為7 m。高度4.3 m處有生產(chǎn)工藝用架臺。生產(chǎn)工藝要求高度4 m范圍內(nèi)溫度25 ℃±1 ℃，濕度沒有要求。垂直方向4 m內(nèi)的溫度梯度要小于1 ℃。室內(nèi)要求維持正壓。簡而言之，此項目是一個大空間恒溫室。因各車間的環(huán)境要求相同，因此以下僅以精加工車間為例進(jìn)行說明。精加工車間機器發(fā)熱量為777 kW，達(dá)到259 w/m2。經(jīng)負(fù)荷計算，夏季總余熱為1 020 kW，車間全年需要供冷。

2 空調(diào)系統(tǒng)的確定

2.1 設(shè)計難點分析

這個項目空調(diào)的最大難點就是面積大，空調(diào)冷負(fù)荷大，有效高度高。在高度及水平方向都容易產(chǎn)生溫差，而生產(chǎn)工藝恰恰要求溫度場要穩(wěn)定均勻。對于溫度精度要求較高的恒溫室，為了滿足溫度均勻的要求，傳統(tǒng)空調(diào)常采用全空氣系統(tǒng)，孔板上送下回的氣流組織方式。對于恒溫實驗室、恒溫檢測室等面積比較小的房間，這種空調(diào)方式比較適宜，而對于幾千平米的大車間，采用如此大面積的孔板卻是不現(xiàn)實的。

不僅因為空調(diào)冷負(fù)荷大，會引起換氣量大，為了溫度的均勻性，不同的溫度精度需要與之相適應(yīng)的室內(nèi)空氣循環(huán)次數(shù)。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料，±1 ℃的恒溫室，推薦室內(nèi)空氣循環(huán)次數(shù)約20～30 次/h，這就使得空調(diào)處理設(shè)備及風(fēng)管尺寸都非常龐大，不僅本身投資大，占用較多水平和高度空間，而且高大廠房的梁高和行車本身也會占據(jù)較大的高度空間，再因為尺寸巨大的風(fēng)管與之交叉，往往為了保證生產(chǎn)工藝的空間高度要求，不得不增加層高，土建投資也會大幅度增加。同時眾多的出風(fēng)口的位置也常常受到限制，難以滿足獲得均勻溫度場的空調(diào)要求。為此，我方查閱了大量國外技術(shù)資料，借鑒國外類似工廠的案例，采用了一種適用于大空間高精度的空調(diào)系統(tǒng)——空調(diào)射流系統(tǒng)，在保證溫度場均勻的前提下，節(jié)省了大量的初投資和運行費用，也有效地節(jié)省了水平及高度空間。

2.2 空調(diào)射流系統(tǒng)介紹

空調(diào)射流系統(tǒng)是瑞士弗萊克公司為改善船舶機器室的作業(yè)環(huán)境而開發(fā)的一種空調(diào)通風(fēng)方式。由空調(diào)箱、小風(fēng)量高靜壓射流風(fēng)機、小直徑風(fēng)管和高速噴嘴組成。其主要運用理論來自空氣動力學(xué)中高速噴流的擾動特性。處理過的空氣由噴嘴高速噴出。這種高速噴流能夠有效地誘導(dǎo)周圍靜止的空氣，而帶動空氣流通，噴流的中心速度由噴嘴出口點起逐漸減低，但是噴流寬度逐漸增加，所誘導(dǎo)周圍的空氣量也逐漸增加（見圖1）。

根據(jù)實測，誘導(dǎo)風(fēng)量可達(dá)到噴嘴出風(fēng)量的50～60倍。因此這種空調(diào)系統(tǒng)能使室內(nèi)高度及水平方向的溫度差減小，達(dá)到溫度均勻的效果。小風(fēng)量也避免了大型風(fēng)管的使用。在國外，作為一種高大空間的特殊空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，已被廣泛地應(yīng)用于工場、車庫，以及體育館展示場等高大空間建筑。如松下電工株式會社的分水工廠、三洋電機株式會社的東京制作所、東京國際展示場等工業(yè)及民用建筑。

3 射流系統(tǒng)的實際應(yīng)用

3.1 整體空調(diào)通風(fēng)方案及參數(shù)

為了減少大尺寸風(fēng)管以及獲得均勻的溫度場，并考慮了車間的特點，最終空調(diào)整體方案確定為：末端空調(diào)箱的循環(huán)空調(diào)系統(tǒng)+空氣射流系統(tǒng)+獨立新風(fēng)系統(tǒng)+排風(fēng)系統(tǒng)（見圖2）。即新風(fēng)單獨處理，車間的冷負(fù)荷由空調(diào)箱負(fù)擔(dān)，溫度場的均勻則由空氣射流系統(tǒng)完成，氣流組織方式為上送下回。

末端的空調(diào)箱布置在工藝用高度4.3 m的葡萄架臺上，均勻分布在車間內(nèi)，共33臺。出風(fēng)口采用噴口，回風(fēng)口則設(shè)置于地面高度0.5 m處，利用車間的H鋼柱固定回風(fēng)立管。冷量33 kw出風(fēng)參數(shù)為17 ℃，81%。新風(fēng)機10 600 m3/h×3臺，出風(fēng)參數(shù)為t=18℃，φ=95%。為保證正壓，排風(fēng)機為5 300 m3/h×3臺。（計算省略）

3.2 空調(diào)射流系統(tǒng)

該項目采用了日本Floda有限公司的空調(diào)射流系統(tǒng)的產(chǎn)品。按照車間內(nèi)0.6次/h風(fēng)量選擇高靜壓風(fēng)機。風(fēng)機參數(shù)為1 150 m/h×1500 Pa×9臺。每個噴嘴風(fēng)量75 m3/h，138個噴嘴均勻的分布在車間吊頂上。噴嘴尺寸為100 mm×30 mm，即與風(fēng)管連接處直徑為100 mm，噴出口處直徑為30 mm。

根據(jù)Floda有限公司實測，誘導(dǎo)風(fēng)量是噴嘴出風(fēng)量的50～60倍，因此，風(fēng)量為0.6 次/h換氣量的高靜壓風(fēng)機，引起的車間內(nèi)空氣的實際循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到30 次/h，確保溫度的均勻性。施工前日本Floda有限公司提供了模擬效果計算。經(jīng)過近一年的實際運行，完全符合工藝要求。圖3為精加工車間空調(diào)設(shè)備布置的局部圖。

4 空調(diào)射流系統(tǒng)特點及優(yōu)勢總結(jié)

空調(diào)射流系統(tǒng)有其獨特的優(yōu)勢和特點，具體表現(xiàn)如下。

（1）水平、高度方向的溫度差小，對室內(nèi)的整體來說有良好的溫度分布，不僅改善了工作環(huán)境，可以達(dá)到精密加工作業(yè)所需工藝環(huán)境。

（2）大尺寸風(fēng)管及風(fēng)口的布置安裝會受到許多限制，而此系統(tǒng)因為風(fēng)量小，風(fēng)管尺寸小，所以風(fēng)管走向以及風(fēng)口的布置自由度高，可以在最需要的位置配置噴嘴。而且小尺寸的風(fēng)管，不僅對新建筑方便，對于已建的建筑物的改造也能夠簡單安裝使用。

（3）避免大尺寸風(fēng)管，不僅設(shè)備費用降低。層高降低，建筑費用也大幅降低。

（4）因為誘導(dǎo)攪拌作用有效區(qū)域溫度上升，若用于冬季需要采暖設(shè)施的建筑，室內(nèi)溫度上升所要時間縮短，達(dá)到節(jié)能效果。

（5）這種系統(tǒng)不僅用于工業(yè)的恒溫室，也可以用在溫度要求較高的體育館、展覽廳、室內(nèi)游泳館等高大空間民用建筑。

5 結(jié)語

文章結(jié)合工程實際，介紹了一種特殊的適用于高大恒溫車間的空調(diào)射流系統(tǒng)，較好地解決了高大空間空調(diào)溫度場難于均勻的問題，可以為類似工程實例提供方案參考。

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